[实用新型]一种用于桥梁结构健康监测的智能螺栓

说明书

技术领域

本实用新型涉及桥梁结构健康监测领域，具体涉及一种用于监测桥梁桁架之间螺栓紧固力的装置。

背景技术

螺栓连接作为一种通用的连接方式被广泛应用于各工程领域当中。在钢构桥梁等大型钢结构工程的连接件间大量采用了螺栓连接，螺栓在循环载荷的冲击和强迫振动的作用下会出现不同程度的松动情况，如不及时发现和处理，会导致严重安全隐患和重大财产损失。因此为了确保工程结构之间的螺栓在服役期间保持良好的健康状态，就必须对工程结构进行实时健康监测，包括对螺栓的受力状态进行监测。但螺栓的松紧程度和疲劳损伤往往难以直接判断。

中国专利申请号201520131780.3、名称为“一种智能螺栓”的实用新型专利，公开了一种智能螺栓的结构，其在螺栓本体上开设一通孔，将光纤光栅传感器置于螺栓本体上的通孔内，可通过传感器监测螺栓载荷状态并通过有线方式传送到监控系统。

中国期刊《预应力技术》2014年第4期公开了一篇名称为“一种预应力监测无线智能螺栓及系统”的文献，也提供了一种智能螺栓，在螺栓本体上设一空腔，空腔内设应变式传感器，监测螺栓的载荷状态并通过无线方式发送到监控系统。

上述现有技术都是将传感器置于螺栓本体内。这种方式需要对螺栓本体结构进行改变，螺栓结构复杂，制造成本较高，通用性低，限制了螺栓的使用范围。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于桥梁结构健康监测的智能螺栓，直接采用普通的螺栓并可对其受力状态进行检测，降低成本并方便使用。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于桥梁结构健康监测的智能螺栓，包括螺栓头部、螺杆和螺母，其特征在于：还包括一振弦式传感器和一垫板，所述振弦式传感器包括一测力钢筒，所述测力钢筒套装在所述螺杆上，测力钢筒的筒壁内部设有至少2个振弦式应变计，测力钢筒的外壁上固定安装一集线盒，各个振弦式应变计的信号输出线均通往所述集线盒，并经集线盒汇集后形成用于与监控系统连接的电缆；所述垫板也套装在螺杆上，位于所述振弦式传感器和螺接在螺杆上的螺母之间。

本实用新型将普通螺栓与振弦式传感器结合，通过传感器对螺栓受力状态进行实时监测，并通过数据线将检测数据传送到监控中心，从而实现每个螺栓的状态监测，成本低，安装使用方式灵活。在桥梁的每个重点监测部位设置一个或几个智能螺栓，即可实现对整个桥梁结构的健康状态实时监测。

附图说明

图1是本实用新型的侧视结构示意图；

图2是振弦式传感器的横截面结构示意图；

图3是本实用新型的一种使用状态侧视图；

图4是本实用新型的一种使用状态立体图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括螺栓头部1、螺杆2和螺母3，还包括一振弦式传感器4和一垫板5。如图2所示，所述振弦式传感器4包括一测力钢筒41，所述测力钢筒41套装在所述螺杆2上，测力钢筒41的筒壁内部设有至少2个振弦式应变计42，测力钢筒的外壁上固定安装一集线盒43，各个振弦式应变计的信号输出线均通往所述集线盒43，并经集线盒汇集后形成用于与监控系统连接的电缆44。

所述垫板5也套装在螺杆2上，位于所述振弦式传感器4和螺接在螺杆上的螺母3之间。

振弦式传感器常用于监测水工结构物及其它混凝土结构物、岩石边坡、桥梁等预应力的锚固状态。测力钢筒的筒壁中设置的振弦式应变计，可以有2个、3个、4个或6个，均匀分布。其原理是当荷载使测力钢筒产生轴向变形时，应变计与钢筒产生同步变形，变形使应变计的振弦产生应力变化，从而改变振弦的振动频率。应变计内置的电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至监控系统的读数装置，可测出引起测力钢筒变形的应变量，代入标定系数可算出测力钢筒所感受到的荷载值。

在图2所示的实施例中，测力钢筒的筒壁内部环周向均匀设有3个振弦式应变计，3个振弦式应变计相互间夹角为120°。

大型钢结构桥梁包含的螺栓往往以万计，全部采用本实用新型的智能螺栓实施监控不现实，也不经济。因此需要在使用时要优选智能螺栓的布设位置。

在本实用新型的一个应用实施例中，根据计算，选择桥梁主梁结构受力最大、位移变化大、受动力荷载影响明显的位置作为监控的重点。在主跨跨中、1/4、3/4断面作为主跨监测断面。每个断面上选择上下弦杆节点以及下弦杆平面中央节点共15个测点，共计45个测点。

图3、图4是本实用新型的一种使用状态示意图，螺杆2穿插在桥梁两个相互连接的弦杆6的螺孔中，将振弦式传感器4的测力钢筒螺杆套装在螺杆2上，安装垫板5，并拧紧螺母3。当荷载使测力钢筒产生轴向变形时，振弦式应变计的振弦产生应力变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至监控系统，实时获取该螺栓的载荷值，通过所安装的多个智能螺栓的载荷值，便可实时监测桥梁结构健康状况。